化學(xué)沉淀法處理含磷廢水的研究

孫 明 瑋

(唐山市第二中學(xué)，河北 唐山 063000)

水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重，磷含量超標是造成富營養(yǎng)化問題的主要原因之一，當(dāng)磷的含量超標時，藻類會大量繁殖，并且影響水中生物生存，造成嚴重生態(tài)危害，因此近年來國內(nèi)外對磷的排放要求越來越嚴格[1]。處理含磷廢水的方法主要有生物法、化學(xué)沉淀法和物理化學(xué)法[2]。其中化學(xué)沉淀法具有去除效果好，操作簡單易行等特點，成為處理磷化廢水最有效的方法之一[3]。

機械行業(yè)通常對金屬表面或制作表面進行磷化處理，磷化是對其進行磷酸二氫鹽的酸性處理，反應(yīng)后生成穩(wěn)定的保護膜。汽車磷化處理主要是對汽車外殼進行電泳和噴漆，產(chǎn)生的磷化廢水水量大，需進行處理后才可排放[3]。本文以唐山某汽車廠實際磷化廢水為研究對象，探討pH值、助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)的投加量、沉淀劑種類及其投加量對除磷的影響，以確定最優(yōu)運行參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

化學(xué)沉淀法是采用某種金屬離子與磷酸根離子反應(yīng)生成沉淀而除磷，常用的金屬離子有鋁離子、亞鐵離子和鈣離子等，鋁鹽和鐵鹽相對鈣鹽成本高，且鈣鹽來源廣泛易得，因此目前更多的是采用鈣鹽處理含磷廢水[4]。磷酸根與Ca2+主要反應(yīng)如下:

(1)

(2)

(3)

磷酸屬于中強酸，在水中分步電離，與鈣離子反應(yīng)也是分步進行的。從化學(xué)反應(yīng)式上來看，pH值對磷酸根的電離影響很大，添加助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)會改善反應(yīng)環(huán)境，而增加溶液中鈣離子，會使得反應(yīng)正向進行，沉淀增多，磷的去除效果更好，因此本實驗通過探討pH值、聚丙烯酰胺(PAM)的投加量、沉淀劑種類及其投加量對廢水除磷的影響，以確定最優(yōu)運行參數(shù)。

1.2 實驗方法

取500 mL水樣放入燒杯中，用5%的NaOH調(diào)節(jié)pH值，加入PAM，在轉(zhuǎn)速為200 r/min條件下攪拌5 min，靜置30 min后取上清液測量溶液中剩余磷含量。

1.3 試劑與儀器

主要試劑采用Ca(OH)2，NaOH，CaCl2和聚丙烯酰胺(PAM)等，均為分析純。主要儀器采用pHS-3C型pH計，上海雷磁儀器廠；JJ-4C六聯(lián)攪拌器，常州蒙特儀器制造有限公司；UV-1200紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司。

1.4 測試方法

水中磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定，pH值采用玻璃電極法測定。

1.5 水樣水質(zhì)

水樣采用唐山某汽車廠實際的磷化廢水，其水質(zhì)pH=6～7，TP:40 mg/L～60 mg/L，CODCr:300 mg/L～500 mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對磷去除效果的影響

取6份500 mL的含磷廢水，用5%的NaOH將pH值調(diào)至7，8，9，10，11，12，加入500 mg/L的氫氧化鈣和0.5 mg/L的PAM，在轉(zhuǎn)速為200 r/min的條件下攪拌5 min，靜置30 min后取上清液測量溶液中剩余磷含量。不同pH值對磷的去除效果如圖1所示。

實驗數(shù)據(jù)表明，水中含磷濃度隨pH值增大而降低。這是由于磷主要以磷酸鹽形式存在于水中，磷酸為中強酸，受pH值影響比較大。當(dāng)pH值大于11時，隨著pH值的增大磷的去除效果變化不顯著，這是由于堿性過強，沉淀能力下降，導(dǎo)致出現(xiàn)渾濁甚至漿糊狀現(xiàn)象。并且國家綜合污水排放標準規(guī)定pH值為6～9，如果堿性過大，在經(jīng)濟上排放時需要調(diào)節(jié)pH值的費用會增加，故選取pH值在10～11時為最優(yōu)運行參數(shù)，此時水中剩余磷濃度在0.4 mg/L～0.44 mg/L之間。

2.2 PAM投加量對磷去除效果的影響

取6份500 mL的含磷廢水，分別加入0 mg/L，0.1 mg/L，0.3 mg/L，0.5 mg/L，1 mg/L和3 mg/L的PAM，由上述實驗得知pH為10～11時磷的去除效果最好，則用5%的NaOH將pH值調(diào)至10～11，加入500 mg/L的氫氧化鈣，在轉(zhuǎn)速為200 r/min的條件下攪拌5 min，靜置30 min后取上清液測量溶液中剩余磷含量。不同PAM投加量對磷的去除效果如圖2所示。

實驗數(shù)據(jù)表明，增大PAM投加量，磷的含量由大幅度降低到無明顯變化。加入PAM比不加入PAM時反應(yīng)時間短，沉淀效果好，對磷的去除率高，當(dāng)加入PAM超過0.3 mg/L后，去除效果變化不再明顯，這是由于加入助凝劑PAM促進鈣離子與磷酸根反應(yīng)生成沉淀，但加入過量時，水中顆粒減少，且會增加水中CODCr含量[3]。故選取PAM在0.3 mg/L為最優(yōu)運行參數(shù)，此時水中剩余磷濃度為0.46 mg/L。

2.3 不同沉淀劑的投加量對磷去除效果的影響

取12份500 mL的含磷廢水，分別加入200 mg/L，300 mg/L，400 mg/L，500 mg/L，600 mg/L和700 mg/L的氫氧化鈣和氯化鈣，由上述實驗得知pH值為10～11和PAM為0.3 mg/L時，磷的去除效果最好，則用5%的NaOH將pH值調(diào)至10～11，加入0.3 mg/L的PAM，在轉(zhuǎn)速為200 r/min的條件下攪拌5 min，靜置30 min后取上清液測量溶液中剩余磷含量。不同沉淀劑的投加量

對磷的去除效果如圖3所示。

實驗數(shù)據(jù)表明，隨著CaCl2和Ca(OH)2投加量的增多，水中磷的溶度逐漸減少，CaCl2對磷的去除效果要比Ca(OH)2更好。這是由于在堿性條件下，磷酸根和鈣離子生成沉淀羥基磷酸鈣，增加鈣離子使得反應(yīng)更完全，對磷的去除效果更好，但投加過量的鈣鹽不僅試劑費用增加，而且堿性增大時后續(xù)排放還需大量的酸調(diào)節(jié)pH值，因此需要控制沉淀劑的投加量。從經(jīng)濟方面來看，可通過投加生石灰制取氫氧化鈣，投加生石灰要比CaCl2費用低，生石灰還可以調(diào)節(jié)pH值，減少堿性物質(zhì)的投加量，降低成本，且磷酸根與Ca(OH)2生成的沉淀物脫水性能更好，更利于后期污泥壓縮[5]。故選取投加500 mg/L的Ca(OH)2時為最優(yōu)運行參數(shù)，此時水中剩余磷濃度為0.46 mg/L。

3 結(jié)語

1)廢水中磷的去除效果均受到pH值，助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)投加量、沉淀劑種類和投加量的影響。

2)實驗確定了pH值為10～11，PAM為0.3 mg/L和Ca(OH)2為500 mg/L時是最優(yōu)運行參數(shù)，且此時水中磷含量達到國家GB 8978—1996污水綜合排放標準排放要求的TP≤0.5 mg/L。

3)化學(xué)沉淀法能有效的處理含磷廢水，方法簡單、易于操作，可有效的控制磷含量。且在本實驗中運用此方法，磷可達標排放。